1. 液體氮碳共滲設(shè)備

 液體氮碳共滲設(shè)備一般采用帶有不銹鋼坩堝的井式電爐。坩堝內(nèi)鹽浴溫度波動(dòng)范圍不應(yīng)大于±10℃。

 液體氮碳共滲爐應(yīng)配備有抽風(fēng)裝置，能有效地將熔鹽產(chǎn)生的廢氣排出室外。

 除共滲爐外，應(yīng)有配套的預(yù)熱爐，將清洗后的工件經(jīng)過(guò)預(yù)熱，再裝人共滲爐，以防止工件人爐降低鹽浴溫度。預(yù)熱溫度一般為150~300℃。

 還應(yīng)配備熱油浴爐，可控制油溫在100~120℃之間。油浴爐既可作為共滲工件的冷卻，也可作為零件共滲清洗烘干后的浸油處理，以提高工件的表面質(zhì)量。

 對(duì)于有更高質(zhì)量要求的零件，共滲后可在350℃左右的氧化浴中冷卻，為此，應(yīng)設(shè)置氧化浴爐。氧化浴爐的條件類似于共滲爐。

2. 液體氮碳共滲介質(zhì)

 由于毒性較大，直接使用NaCN和KCN已被限制，目前，多數(shù)熱處理廠或者使用由專業(yè)生產(chǎn)廠生產(chǎn)的成品基鹽和調(diào)整鹽，或者使用以尿素、碳酸鹽為主的混合鹽。

 ①. 成品基鹽、調(diào)整鹽（再生鹽）

 這里的基鹽、調(diào)整鹽指由專業(yè)生產(chǎn)廠將尿素、碳酸鹽為主的混合物經(jīng)熔化后再冷卻而獲得的固體塊狀或顆粒狀成品物，而不是只將幾種原料機(jī)械混合供貨的混合物。

 a. 基鹽的主要成分為

 CNO: 38%~41%

 CN: <0.1%

 CO^2-₃:15%~18%

 其余為以Na+、K+為主的金屬離子。

 熔點(diǎn)為410~430℃,熔融態(tài)比重約為1.75g/cm³.

 調(diào)整鹽則是比基鹽的CNO^-含量更高的物料，主要用于補(bǔ)充、調(diào)整已經(jīng)使用過(guò)而且CNO^-含量下降到工藝要求下限的鹽浴，使鹽浴中CNO^-的含量恢復(fù)到工藝規(guī)定的范圍。

 b. 基鹽的熔化

 首次熔鹽時(shí)，將基鹽放入坩堝內(nèi)，放入量可控制在坩堝容量的1/3~1/2,將坩堝控制溫度設(shè)定在（520±10)℃的范圍，待坩堝內(nèi)基鹽全部熔化后，再緩慢放入其余基鹽（添加的基鹽不可太潮濕和太涼，以防迸濺），直到預(yù)定量的基鹽全部熔化，調(diào)整鹽浴溫度達(dá)到工藝要求的溫度，并在此溫度空載運(yùn)行約4h后方可投入生產(chǎn)。

 此時(shí)熔鹽浴的CNO-濃度為37%~40%。

C. 鹽浴的調(diào)整。

 當(dāng)鹽浴工作一定時(shí)間后，由于［N]、［C]的消耗，鹽浴中的CNO-降低，CO^2-₃升高，當(dāng)CNO-低于規(guī)定值時(shí)，氨碳共滲效果減弱，滿足不了要求，而且，CO^2-₃的升高不但降低了鹽浴的流動(dòng)性，還會(huì)使?jié)B層表面產(chǎn)生疏松。所以，當(dāng)鹽浴中CNO^-接近工藝規(guī)定的下限時(shí)，應(yīng)用調(diào)整鹽對(duì)鹽浴進(jìn)行調(diào)整。

添加的調(diào)整鹽重量可按下面的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算

  G=1.15(Y-X) M/100

式中：G為需添加的調(diào)整鹽重量，kg;

    Y為預(yù)定調(diào)整后的鹽浴中CNO-百分?jǐn)?shù)；

   X為調(diào)整前鹽浴中CNO-百分?jǐn)?shù)；

   M為鹽浴重量，kg;

（鹽浴比重約為1.75g/cm3)

 例如，坩堝內(nèi)徑50cm,熔鹽深度80cm,則此時(shí)熔鹽重量為：M=1/4×3.14×502×80×1.75=274.75(kg)

調(diào)整前鹽浴中的CNO-=33%,即X=33

設(shè)定調(diào)整后鹽浴中的CNO=36%,即Y=36

則應(yīng)加調(diào)整鹽G=1.15×(36-33)×2745=9.5(g)

如果鹽浴中的CN-升高了，為降低CN-,可通入壓縮空氣，使CN-加速氧化而降低。當(dāng)然，這時(shí)鹽浴中的CNO-含量也有升高的變化。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，CO^2-₃可不化驗(yàn)，因?yàn)橐话闱闆r下，CNO^-%+CO^2-₃%≈56%.

②. 混合鹽

氮碳共滲用混合鹽指熱處理廠自行采購(gòu)符合標(biāo)準(zhǔn)的尿素、碳酸鹽及其他輔助用料，按比例混合的混合物料。也有的材料廠將按比例混合好的基鹽、調(diào)整鹽未經(jīng)熔化而提供給熱處理廠，熱處理廠放入爐內(nèi)熔化后使用。

目前，自行配制的氮碳共滲混合鹽配方較多，這里介紹其中一種。

a.配方為

（NH₂)₂CO(尿素）：Na₂CO₃:KCI:KOH=45:35:10:10

 上述配方中，（NH2)2CO和Na2CO3為主原料，二者通過(guò)加,熱引起化學(xué)反應(yīng)，生成NaCNO,熔化時(shí)（NH2)2CO比Na2CO3，損失大一些，前者所占比例比二者平衡反應(yīng)需占比例偏大。配方中的KCI和KOH作為輔助用料加入，可提高鹽浴的流動(dòng)性和穩(wěn)定性，也對(duì)共滲層質(zhì)量產(chǎn)生積極的影響。

 b. 混合鹽的熔化

 將按比例混合好的鹽加入坩堝，占坩堝深度的3/4左右，通電升溫，可定溫度在480~500℃,待鹽逐漸熔化變成液體，鹽面下沉?xí)r，再逐漸添加其余鹽，力求保持原鹽面高度，直至預(yù)定鹽全部熔化成液體，將溫度調(diào)至540~560℃保持4h后，再放工件開(kāi)始工作。

 這種混合散裝鹽的熔化比成品鹽的熔化更麻煩，熔化過(guò)程中有大量的廢氣產(chǎn)生，對(duì)周圍環(huán)境及操作者帶來(lái)不利的影響，另外，散裝混合鹽熔化時(shí)損失大、利用率低。

 c. 鹽浴的調(diào)整

這種鹽浴的調(diào)整相對(duì)于成品鹽鹽浴調(diào)整比較困難。

由于共滲零件時(shí)消耗了大量的［N]和［C],使鹽浴中的CNO-降低、CO^2-₃升高。CN-升高，鹽浴的流動(dòng)性變差，所以，調(diào)整鹽浴的目的就是提高CNO的含量，降低CO^2-₃的含量，使其恢復(fù)到工藝要求的范圍。所以，這種鹽浴的調(diào)整主要是添加（NH₂)₂CO,使其參加與鹽浴中的Na₂CO₃進(jìn)行反應(yīng)，達(dá)到調(diào)整鹽浴成分的目的。添加尿素的重量，可以參照成品調(diào)整鹽的計(jì)算公式，但需將系數(shù)1.15變?yōu)?。

 用尿素調(diào)整鹽浴時(shí)要緩慢加入，且攪拌鹽浴，以保證添加的尿素能充分發(fā)揮作用，減少損失。

 為保持鹽浴的流動(dòng)性和穩(wěn)定性，也應(yīng)適當(dāng)添加KCI和KOH。調(diào)整鹽浴時(shí)，可降低鹽浴的溫度（500~520℃),待添加物全部熔化后，再升到工藝要求的溫度。

3. 液體氨碳共滲工件的預(yù)先處理

參見(jiàn)本章第一節(jié)不銹鋼氣體滲氮零件預(yù)先處理的有關(guān)內(nèi)容。

4. 共滲前的生產(chǎn)準(zhǔn)備

每爐應(yīng)配備檢查試塊，試塊應(yīng)與工件同材質(zhì)并經(jīng)過(guò)相同的工藝程序，表面粗糙度不大于Ra 0.4μm。

待滲工件表面不得有脫碳層、銹斑、劃痕、尖角、銳邊，表面最好經(jīng)過(guò)加工。

工件共滲面共滲后原則上不允許磨削，必需磨削時(shí)，磨削量不應(yīng)大于0.05mm。

共滲工件應(yīng)選擇合適的工裝，細(xì)長(zhǎng)件應(yīng)吊掛。

裝爐前應(yīng)認(rèn)真檢查設(shè)備及控制裝置，保證其完好。

5. 液體氮碳共滲工藝及操作要點(diǎn)

 液體氮碳共滲的主要工藝流程是：工件清理－裝卡－預(yù)熱－共滲處理－冷卻－清洗 烘干 - 浸油。

 ①. 工件清理

   去除工件表面銹痕、油污，保證工件表面清潔。

 ②. 裝卡

   依據(jù)工件形狀選擇卡（掛）具，保證工件待滲面不互相接觸，工件擺放均勻。

 ③. 預(yù)熱

   工件人共滲爐前，應(yīng)經(jīng)300~350℃溫度預(yù)熱，保持時(shí)間不少于30min.

 ④. 共滲

  預(yù)熱后的工件裝入熔鹽浴爐內(nèi)，應(yīng)保證工件浸人鹽浴中，工件之間保留空隙，工件裝入量一般控制在鹽浴重量的30%~40%.

  鹽浴成分中，CNO-的控制應(yīng)根據(jù)共滲目的調(diào)整選擇：以提高減摩、抗咬死性能為主要目的時(shí)，CNO-最好控制在36%~40%之間；以抗磨損、提高耐磨性為主要目的時(shí)，CNO-最好控制在32%~36%之間。通常，CNO-控制在34%~38%之間，各種性能均有較好的效果。

 CNO-含量不足會(huì)使?jié)B層深度不夠、硬度不足；CNO-含量過(guò)高，可能引起滲層表面質(zhì)量不良，產(chǎn)生疏松。

 共滲溫度；氨碳共滲在530~580℃溫度之間都可進(jìn)行，在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，根據(jù)材料種類、工件使用功能等因素確定，不銹鋼液體氮碳共滲可選用560~570℃.共滲溫度太低，共滲層深度偏淺，硬度偏低；溫度太高，表面可能產(chǎn)生疏松，溫度超過(guò)600℃,有可能因CN-升高、CNO-下降使鹽浴報(bào)廢。

 共滲時(shí)間：隨著共滲保溫時(shí)間的加長(zhǎng)，滲層深度增加，超過(guò)3h后，化合物層深度增加緩慢，而擴(kuò)散層深度則呈直線上升。共滲保溫時(shí)間還對(duì)滲層硬度產(chǎn)生影響，有試驗(yàn)表明，共滲保溫時(shí)間超過(guò)3h,滲層表面硬度有下降的趨勢(shì)，且滲層硬度峰值隨時(shí)間的加長(zhǎng)內(nèi)移，說(shuō)明共滲時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)引起表面化合物外層產(chǎn)生疏松。所以，不銹鋼氮碳共滲保溫時(shí)間應(yīng)依據(jù)材料及工件的大小，控制在60~180min。

 ⑤. 冷卻

  工件共滲完成后，出爐冷卻可采用空冷、油冷、水冷或氧化浴分級(jí)冷卻。

   空冷可保證工件有最小的冷卻變形。細(xì)長(zhǎng)件、薄刃具件、易變形件常采用空冷。但空冷時(shí)表面易現(xiàn)花斑痕，且表面清理較困難。

  油冷、水冷可使工件表面潔凈，在一定程度上提高了表面的抗疲勞性能，但易引起冷卻變形。

  氧化鹽浴分級(jí)冷卻可使工件表面生成Fe3O4薄膜，并將從共滲爐內(nèi)帶出的微量氰鹽氧化成無(wú)毒物，便于排放，同時(shí)也可徹底去除附著在工件表面的氰化物。

  共滲后采用氧化鹽浴冷卻也是下面談到的QPQ處理的必須工序過(guò)程。

 ⑥. 清洗

  冷卻后的共滲件應(yīng)先用熱水煮沸清洗，再用自來(lái)水沖洗，以去掉工件表面的殘鹽和微量氰化物。

 ⑦. 烘干

   清洗后的工件最好在100~200℃溫度下緩慢烘干。

 ⑧. 浸油

  烘干后的工件在熱機(jī)油中浸泡10~15min,以保證工件表面光亮。

6. 液體氮碳共滲質(zhì)量檢查

①. 外觀

  共滲并清洗后的工件呈深灰或灰黑色（不銹鋼或鑄鐵件），盲孔、狹縫處不得滯有殘鹽，工作面不得有碰傷、劃痕。

②. 硬度

  表面硬度用低負(fù)荷維氏硬度計(jì)檢測(cè)，負(fù)荷量可采用1kg或5kg.檢測(cè)硬度應(yīng)達(dá)到技術(shù)要求，并注明采用負(fù)荷值，如HV1或HV5等。

③. 共滲層深度

  化合物層及擴(kuò)散層深度的測(cè)量采用有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)推薦的腐蝕劑和測(cè)量方法。

 一般用金相法測(cè)量到針狀氮化物終了處即為擴(kuò)散層。碳鋼件檢查時(shí)可將試塊在300℃保溫2小時(shí)后測(cè)量。

 也可采用斷面硬度法，即由試樣表面向心部測(cè)量顯微硬度（負(fù)荷100g).由表面測(cè)至顯微硬度比心部，即基體硬度高30~50HV處為滲層部深度。

④. 滲層脆性（滲層致密度）

 共滲層脆性可參照滲氮脆性檢驗(yàn)方法和標(biāo)準(zhǔn)GB/T11354《鋼鐵零件共滲層深度測(cè)定和金相組織檢驗(yàn)》。